בשנת 1953, כאשר המדענים זיהו במפורש את מבנה ה- DNA, היה זה גילוי מונומנטלי זוכה פרס נובל: ארבעה נוקליאוטידים, שכל אחד מהם מכיל בסיס שכותרתו אותיות, היו מסודרים במבנה סליל כפול. ארבעת הבסיסים האלה, או "אותיות", יוצרים זוגות: אדנין, A, גפרורים לתימין, T, וציטוזין, C, קשרים עם גואנין, G. זוגות אלו הם למעשה אבני הבניין של החיים על כדור הארץ; האופן בו מסודרים הזוגות יוצר את ההוראות הגנטיות לייצור חלבונים, אשר בתורם מסייעים כמעט לכל תהליך קריטי המחזיק אותנו בחיים.
כעת, צוות חוקרים בינתחומי הרחיב את האלף-בית הגנטי על ידי יצירת DNA סינתטי המשתמש בשמונה אותיות ולא בארבע, כך עולה ממחקר חדש שפורסם בכתב העת Science . המבנה החדש המיוצר נקרא " hachimoji DNA", מהמילים היפניות "שמונה" ואותיות. "יצירת DNA של hachimoji היה, כמו שכתב קרל צימר ב"ניו יורק טיימס ", "סיור כימי-כימי" עבור הקבוצה. בראשותו של סטיבן בנר, ביולוג סינטטי בקרן להתפתחות מולקולרית יישומית, המקדמה מציעה אפשרויות חדשות בתחומים רבים, כולל מחקר רפואי ואחסון נתונים.
DNA סינתטי מיוצר מאפס במעבדה. ה- DNA שתוכנת בהתאמה אישית יכול לספק הוראות שעלולות לא להופיע בטבע. נכון לעכשיו, DNA סינטטי - באמצעות ארבעת הבסיסים הטיפוסיים - תוכנן למטרות חדשות, כמו יצירת ריחות חדשים לבושם, אך ישנם גם יישומים רפואיים פוטנציאליים, כמו ייצור אנזים שיכול לפרק גלוטן ולטפל במחלת הצליאק.
"Hachimoji DNA" מוסיף שני זוגות חדשים - P ו- Z, ואז B ו- S - לתערובת. עבודה קודמת יצרה גרסאות שונות של מבני DNA סינתטיים של שישה בסיסים. DNA שמונה בסיסים מרחיב באופן דרמטי את המספר האפשרי של צירופי שלוש אותיות, או קודונים, ש- DNA יכול לאחסן.
מייגן מולטי של Wired מסביר:
"אלפבית בן ארבע אותיות נותן לך 64 קודונים אפשריים, שמניבים 20 חומצות אמינו, אבני הבניין של חלבונים. שש אותיות מביאות לך עד 256 קודונים; שמונה הופכים אותו ל -4, 096. "
מרבית הניסיונות הקודמים להוסיף זוגות בסיס לא היו יציבים מכיוון שהם השתמשו במולקולות דוחה מים בבסיסיהם, מדווח מתיו וורן ל- Nature . ניתן לסחוט זוגות סינתטיים חדשים בין זוגות טבעיים, אך לא ניתן היה למקם אותם בשורה. לעומת זאת, ה- DNA של ההצ'ימוג'י משתמש בקשרי מימן - ממש כמו DNA המופיע בטבעיות - ומוסיף שלמות מבנית.
בטבע, ה- DNA מכיל את ההוראות לבניית חלבונים. שלב מפתח בתהליך זה הוא יצירת גדיל-מראה של RNA. אחרת, המידע המאוחסן ב- DNA נשאר ללא שימוש, כמו מתכון שלעולם לא מבושל. לא תוכלו לראות את ההשפעה של גנים חדשים שנוצרו, קל וחומר לראות את ההתפתחות. מחקר מחבר משותף אנדרו אלינגטון, מהנדס אבולוציוני מאוניברסיטת טקסס, סינטזה אנזים שיכול לקרוא את ה- DNA של ההצ'ימוג'י (כולל האותיות החדשות) ולייצר גדיל RNA מתאים. ה- RNA עבד כמתוכנן, כך מדווח מייגן מולטני של Wired : חלקם יצרו זוהר ניאון ירוק ואילו אחרים נקשרו לגידולי כבד או לתאי סרטן השד בכלי פטרי.
כושר האחסון המשודרג של DNA של Hachimoji פירושו שנוכל להשתמש ב- DNA בן שמונה אותיות כדי לאחסן מידע, כמו שבב מחשב סופר-עמיד, מיקרוסקופי. כפי שמסביר אד יונג ב- National Geographic, החוקרים יכולים ליצור מפתח המתרגם מידע משפת המחשבים - בינארי 1 ו- 0 - לאותיות של האלף-בית ה- DNA. ה- DNA נמשך הרבה יותר זמן ותופס הרבה פחות מקום מכוננים קשיחים, והחוקרים שמרו בהצלחה מערכת הפעלה ממוחשבת וסרט שלם ב- DNA רגיל, בן ארבע אותיות.
התגלית מסייעת גם לענות על מלידה ביולוגית: האם יתכן וקיים חיים באמצעות אבני בניין אחרות שאינן ארבעת בסיסי הנוקליאוטידים המשמשים בכוכב לכת זה? הביולוג הסינתטי פלויד רומסברג אמר לטבע כי המחקר החדש הוא "פריצת דרך רעיונית."
"הרבה זמן היו לנו רמזים שהחיים התפתחו מ- G, A, T, C, לא בגלל שהם היו בדיוק חומרי הגלם הנכונים, אלא בגלל שהם פשוט היו זמינים", אמר רומסברג בראיון ל- Wired והמחקר הזה הוא הראשון שאישר את החשד הזה.
נאס"א, אחד הארגונים שמימנו את המחקר, הודיע בהודעה לעיתונות כי מחקר ה- DNA של ההצ'ימוג'י יודיע על חיפושו אחר חיים בכוכבי לכת אחרים, מכיוון שהתגלית עולה כי ייתכן שחיים מחוץ לארץ לא ישתמשו באותה אבני בניין כמו החיים בכדור הארץ.
אבל האם המדענים יצרו סוג חדש לגמרי של חיים על כדור הארץ? לא, על פי Discover . בעוד DNA של hachimoji עונה על כל הדרישות המבניות לחיים, הוא אינו יכול לקיים את עצמו מחוץ לסביבת המעבדה המכוילת בקפידה.
